动力技术论文范文

2022-05-09

写论文没有思路的时候,经常查阅一些论文范文,小编为此精心准备了《动力技术论文范文(精选3篇)》相关资料,欢迎阅读!摘要:企业技术创新动力可以分为外部动力和内部动力两个方面。所谓企业外部创新动力,是指那些存在于企业外部并对企业的技术创新行为产生较大影响或形成“动力场”的诸多因素,外部动力主要包括政府推力、技术推力、需求引力、竞争压力等。所谓企业内部创新动力,是指存在于企业内部对技术创新活动产生内驱力的动力因素。

第一篇:动力技术论文范文

电动汽车动力及控制技术

摘要:随着经济的发展,各种化工厂日益兴起,环境污染愈发严重,再加上逐渐严峻的全球石油危机状况,导致石油的价格不断上涨,严重影响了汽车行业的发展,为了改善这种局面,人们致力于对电动汽车的改造与创新。本文主要是分析电动汽车的电动机相关情况和现在应用很广泛的电动车控制系统的相关参数,对电动车进行改造,研发出一套节能环保、经济适用的电动汽车控制系统和动力系统。

关键词:电动汽车;电动机;直流电动机;交流电动机;发电机

1、电动汽车动力技术

众所周知,电动机是来驱动电动汽车的,没有电动机,那么电动汽车将无法启动,所以电动机是电动汽车的重要组成部分。电动机是指根据电磁感应定律将电能进行传递和转换的一种电磁装置。其起到的作用主要是产生驱动转矩,为各种电器设备和机械提供动力。电动机有多种种类,具体包括直流电动机、交流电动机、信号电动机、磁阻电动机、交/直流电动机和控制电动机等多种,其中主要是被应用在电动汽车上的电动机有好几种,分别是永磁无刷电动机、直流电动机、开关磁阻电动机和交流感应电动机等。

电动机对于电动汽车来说起着至关重要的作用,所以要想电动汽车的使用效果达到最佳,就必须要研发出合适的电动机,因此驱动电机要同时兼有重量小、体积小和效率高等特点,还包括动态制动性强和能量回馈的相关性能,此外驱动电机还需具备有足够大的启动的扭矩,而且电动汽车的运行很复杂,因此电动机最好能兼备转速高和调速范围宽的特点。

直流电动机因其优点多被广泛运用于电动汽车的动力系统,其重要组成部分主要包括两方面,一方面是静止的定子,另一方面是旋转的转子,而且其运动特性也是由两方面组成,分别为机械特性和工作特性,当这些方面都具备才能更好的应用于电动汽车上,因此其优点主要包括有稳定的转速,有较大的起动转矩,而且具有进行大范围的平滑调速等优点,所以当需要进行稳定、平滑和大范围的调速时就需要应用直流电动机,或者是在控制生产机械的起动和制动时也需要应用直流电动机。还有一类是交流驱动电机,其中的三相异步感应电动机应用很广泛,而且其的种类非常之多,但是各种三相异步感应电动机的内部的基本结构基本是一致的,没什么大的区别,都是由两个重要组成部分组成,分别为转子和定子,还包括有一些基本的附件,比如吊环、接线盒、端盖、轴承,还有风扇及其风扇罩等,都起到了不可或缺的作用,而且在定子和转子两者之间存在着一定的气隙。其工作原理也相对比较简单,当定子三相绕组时有三相交流电通入便可以产生磁场,从而进行电力供应,为电动汽车服务。三相异步感应电动机在电动汽车的应用上具有重要作用,因其制作成本较低、并且具有简单的结构设计和相对较优越的使用性能的特点,三相异步感应电动机的结构基本是由转子和定子以及它们之间的间隙所构成的,因此结构不是很复杂,而且价格比较廉价,在运行的时候安全性能高,在应用、安装和保养维护等方面很容易操作,而且具有很高的过载能力,所以在各个领域中都被广泛应用。

2、电动汽车控制技术

电动汽车控制技术主要包括直流电动机的控制和三相交流电动机的控制。直流电动机包括直流串励电动机和直流他励电动机,直流串励电动机被推广应用于电动汽车上是因其软机械特性能强,它的换向方式是利用换向接触器来使励磁绕组电流的方向发生改变,调速方式则是合理运用励磁绕组电流,通过改变其的大小以达到可以控制电动机的转速的目的,这两种方式都可以很好地来进行对电动汽车的控制。直流串励电动机的主要特点是它的励磁线圈是与电枢线圈串联起来的;具有基本一致的励磁电流和電枢电流;只能反接制动,无平滑制动,一般只能进行滑行;不能进行再生制动;要想改变励磁电流方向达到换向的目的就必须安装换向接触器,通过在外围依靠控制器进行接线。直流他励电动机来进行调速大部分都是控制电动机的转速,而且对电动机的转速进行控制是需要改变电动机电枢的供电电压的。进行换向是通过控制器来直接达到控制电动机的正反转的效果。直流他励电动机的特点主要是不需要换向接触器和再生制动接触器,节约成本;具有再生制动和平滑制动;减少电机发热,保护电动机,延长使用时间;具有各自独立的励磁线圈和电枢线圈,有利于换向,而且电枢电流比励磁电流大。

三相交流异步电动机的变频调速技术被广泛应用于电动汽车上,变频调速一种通过使电动机定子电源的频率发生改变,以达到其同步转速也发生改变的调速方法,其性能优越,可以使得恒功率和横转矩进行调速,在电动汽车发展史上发挥了至关重要的作用。变频器大概分为两个种类,一类是交流—交流变频器,一类是交流—直流—交流变频器,相比较而言使用最多的是交流—直流—交流变频器,其特点主要是适用范围很广泛,可用于多种电动机;具有较高的效率,无任何多余的损耗出现;精度高,调速范围大;成本高,技术相对来说比较复杂,检验维修难度系数高。

3、结束语:

本文主要讲述了电动汽车的电力及控制技术,各种电动机因其各自优势被广泛应用于电动汽车上,交流感应电动机的优点是质量较轻、结构简单安全可靠等,永磁无刷直流电动机的优点是质量较轻、起动扭矩相对较大和效率高等,开关磁阻电动机的优点是成本较低、结构简单、安全可靠等,但电机也存在不足。因此在电动汽车的发展上我们还需要对电动机电力和控制技术进行不断的研究和創新,除了具备良好的机械性能、安全性能、实用性能之外,还应该研发出一套能延长电动汽车使用时间和增强蓄电池组件的功能的管理系统,并且长期处于最佳状态,以造福于人类和环境。

参考文献:

[1] 杜波,秦大同,段志辉,叶心.新型并联式混合动力汽车模式切换协调控制[J]. 中国机械工程. 2012(06)

[2] 叶明,舒红,陈然.插电式混合动力客车工作模式切换控制研究[J]. 中国公路学报. 2012(01)

[3] 杜波,秦大同,段志辉,杨文辉,彭志远.新型混合动力汽车动力切换动态过程分析[J]. 汽车工程. 2011(12)

[4] 戴一凡,罗禹贡,李克强,任勇,周安健,段志辉,严钦山. 单电机强混合动力电动车辆的动态协调控制[J].汽车工程. 2011(12)

[5] 赵治国,何宁,朱阳,余卓平. 四轮驱动混合动力轿车驱动模式切换控制[J].机械工程学报. 2011(04)

作者:谷鹏

第二篇:企业技术创新动力研究

摘 要:企业技术创新动力可以分为外部动力和内部动力两个方面。所谓企业外部创新动力,是指那些存在于企业外部并对企业的技术创新行为产生较大影响或形成“动力场”的诸多因素,外部动力主要包括政府推力、技术推力、需求引力、竞争压力等。所谓企业内部创新动力,是指存在于企业内部对技术创新活动产生内驱力的动力因素。

关键词:技术创新;動力系统

上个世纪末期以来,我国经历了高新技术企业的迅猛发展期,技术创新已经成为我国转型时期经济发展的重点。传统产业和高新技术创新具有紧密相连的关系。技术创新是企业生存与发展的关键所在。有关企业开展技术创新活动的动力因素,国内外学者进行了广泛的研究和探讨,对于开展企业技术创新活动以及政府制定激励政策产生了积极的促进作用。

一般认为,有关创新的概念是最早由熊彼特引入经济和管理领域,在熊彼特看来,创新是在原有体系里引入“新的组合”,是一种“生产函数的变动”。这种组合或变动包括:(1)产品创新或者在原有产品的基础上引入新的特性;(2)采用新的方法生产产品;(3)开拓新的市场;(4)创新性地获取或者控制原材料或制成品的供应来源,比如可以采用工业塑料原料生产某些汽车零部件,以往这些产品可能是需要以钢材为原料的;(5)实现任何一种工业的新的组织,比如造成一种垄断地位,或打破一种垄断地位。有关技术创新的动力,Adner和Levinthal(2001)认为,消费者会从产品性能和效用两个方面对于产品进行评价,由于存在着消费偏好和支付能力的个体差异,不同消费者对于相同产品的评价也会存在显著差异。当消费者的基本性需求获得满足,即便是产品存在着更高的性能,但是消费者对于这些性能的效用感知会发生递减效应,消费者也在更倾向于对高出的价格说不,事实上,企业并未停止提高产品质量的行动,因为市场竞争的压力是客观存在的。Lee和Neill(2003)的研究发现,文化背景对于企业研发投入具有显著影响,对比日本和美国,这两个国家存在着多方面的文化差异,他们运用代理理论和管家理论发现,在美国企业中随着股权集中度的提高,企业研发投入与销售收入的比例成正比例增长;但在日本企业中股权集中度与企业研发投入比的相关性并不显著。Philip R. Tomlinson(2010)通过对于英国436家制造型公司的数据分析,研究了公司产权问题对于技术创新类型的影响(产品创新和工艺创新)。刘渐和和王德应(2010)研究发现在控制了其他因素的影响后,企业的股权集中度越高,企业技术创新动力的动力越高,二者呈正向相关;然而企业第一大股东的持股集中度的提高,却没有显著提高技术创新的动力,二者存在着显著的负相关;研究也发现,第二大股东的持股也对与企业技术创新动力存在着负向影响。这些研究结论在逻辑上并不是很顺畅。相关研究表明,企业技术创新是受内外部多方面影响的,本文认为,企业技术创新的动力系统包括市场需求、政企推力、竞争压力、风险阻力等。

一、市场需求引力

市场需求是企业技术创新的出发点和终极目标,是拉动和牵引企业技术水平持续提升的主要外部动力。企业家福特曾经有一句景点的表述,不管消费者需要什么颜色的汽车,我只有一种,黑色的。福特对于市场的差异化需求,采取的是“不反应”策略,而同时采用了大量创新。福特所关注的是市场对于低成本和廉价汽车的需求,福特汽车公司采取的创新策略包括:简化汽车结构,零部件生产的标准化和专业化,采用流水线的方式生产汽车等等。企业技术创新正是要把握市场需求的关键所在。技术创新满足需求的同时又会诱发新的需求,市场需求与技术创新存在着相互促进的作用。技术创新是企业应对市场需求变化的一种本能反应。而从全球来看,对于高效、节能、环保产品的需求日益增长,开发具有较高技术标准的产品和服务已经成为企业立足国内市场,进军国际市场的必然选择。

二、政企推力

国内外多数国家的实践证明,政府是企业开展技术创新活动的重要推动者。根据经济学基本理论,如果企业通过技术创新而获得较高的竞争优势,则不仅可以为地方政府提供持续的税收收入,而且可以解决一定量的就业问题。在IBM公司开发商业电脑是,美国政府曾经主动要求提供资助,后来被IBM公司拒绝了。从这一点来说,政府对于企业技术创新的影响已经不限于一般的诱导了。

三、技术推力

技术创新往往是是以新技术投入为特点的,钢铁工业的发展推动了大型机械的发展,而电子技术的投入,推动了机器电子工业的发展。新技术既是技术创新的重要基础,惠普公司的碳粉加工技术,推动了其打印设备的创新,可见科技进步对企业技术创新的推动作用越来越大。而理光公司曾经在光学成像领域积累了雄厚的技术实力,当它将这些技术应用于照相机的生产,形成了在产品创新方面的强大变革动力。技术推力之所以能够成为推动技术创新的动力,一是因为技术总在不断发展,带动了企业的技术创新;二是因为技术具有可被利用于新产品的内在特征,从而具备了推动创新的应用价值;三是因为技术的商业化应用往往会为企业带来可观的经济回报。所以,技术推力在企业技术创新的过程中具有重要的影响。

四、競争压力

市场竞争属于外在动力。企业的技术创新不仅受到技术推动,往往还与市场竞争相关。Intel公司曾在芯片生产技术上形成了丰富的储备,却没有立即形成新的产品,直到市场上出现了越来越多的竞争者,比如AMD公司更快地推出创新性产品。市场竞争会给企业带来一定的竞争压力,甚至形成一定的压力感。竞争是市场经济的基本范畴,Intel公司为应对市场竞争的压力,加快了推出新产品的速度。市场竞争对企业产生的紧迫感和压力感会激发企业的积极性和创新精神。从这个意义上说,竞争压力是市场机制激励企业技术创新活动的重要外部力量。若果说技术推力是企业创新的重要基础,那么竞争压力就起到了近乎催化剂的作用。

五、风险阻力

技术创新是一项具有较高不确定性的活动,国外有关研究表明,不论企业还是其它科研单位的创新活动,都只有少数或者是极少数获得了成功。企业的技术创新以渐进式创新为主,技术创新活动的成功率相对较高,但技术创新风险依然存在,创新风险是企业技术创新的现实而强大的阻力。应对技术创新风险的方法主要有:

(1)加强技术创新立项的审查,控制高风险技术创新活动的开展,但同时会限制技术创新水平的提高。

(2)同相关科研单位合作,借助其基础研发力量,這是降低技术创新风险的较为常用的方法,但有关技术创新的产权问题需要明确,企业对于技术创新活动可能要承担较多经费。

(3)与竞争性企业合作研发,共担风险。

(4)引进技术消化吸收。可以较为快捷地获得新技术,一般需要承担较高的技术引进费。

六、结论

综上所述,企业技术创新的动力系统主要包括,由市场需求引力,政府推力,技术推力,竞争压力,风险阻力等。事实上,技术创新的动力系统更为复杂。企业可以通过技术引入、合作开发等方式获取相关技术并提升自身技术创新水平。

参考文献:

[1]李文茜,刘益.技术创新、企业社会责任与企业竞争. 科学学与科学技术管理,2017, 38(1): 154~165.

[2]祝烨烨.传统产业集群转型升级的动因分析.管理现代化,2017, (3): 242~243.

[3]Adner R and Levinthal D. Demand heterogeneity and technology evolution: Implications for product and process innovation [J].Management Science. 2001 47(5): 611~628.

[4]P. M. Lee, H. M. Neill. Ownership structures and R&D investments of U.S. and Japanese firms: agency and steward-ship perspectives [J].Academy of Management Journal. 200346(2):212~22.

[5]Philip R. Tomlinson. Co-operative ties and innovation: Some new evidence for UK manufacturing[J].Research Policy.2010,39: 762~775.

[6]刘渐,王德应.股权结构与企业技术创新动力--基于双重代理理论的上市公司实证研究[J].西安财经学院学报,2010 23(3): 88~96.

[7]杜伟.企业技术创新动力的基本构成分析及现实启示[J].软科学,2005, 19(4): 77~92.

作者简介:赵永全(1974.11- ),男,上海海事大学经济管理学院,副教授,研究方向:人力資源管理、物流与供应链管理等

作者:赵永全

第三篇:新型汽车动力转向技术发展综述

摘要:转向系统是人—车交流的界面。随着汽车技术的发展,汽车转向系统的功能也由原来单纯减轻驾驶员的驾驶疲劳转变为主动干预驾驶员转向行为,实现辅助驾驶或智能驾驶,以准确实现驾驶员的转向意图或使汽车按照理想轨迹转向。通过分析电动助力转向系统、主动转向系统、差速助力转向系统和智能转向系统的转向原理及实现方式,获取其研究方法及技术路线,为今后各种转向系统的开发研究及性能优化奠定基础。

关键词:电动助力转向;主动转向;线控转向;差速助力转向;智能转向

作为人—车交换界面的转向系统,其性能的好坏直接影响着汽车的操纵稳定性、驾驶舒适性和行驶安全性。作为汽车研发人员,始终在为转向系统的性能改善不懈努力,希望能够使转向系统按照驾驶员的意图工作或者按照理想的转向轨迹进行主动干预。转向系统从传统的纯机械式转向系统发展到动力转向系统,随后出现新型的主动转向系统、差速助力转向系统,一直到未来的智能转向系统,转向性能也由开始解决驾驶员的驾驶疲劳到如今的智能辅助驾驶。虽然这些转向系统中的部分已经成功应用于实际生产,但是由于设计理念较为新颖,科研人员还在不断地对其机械结构、控制方式等进行改进设计。因此,有必要对当今新型转向系统进行系统研究,为今后开发新型转向系统和优化性能奠定基础。

1 电动助力转向系统

电动助力转向系统(Electric Power Steering System,EPS)是继液压助力转向系统后产生的一种动力转向系统,它依靠电动机提供辅助转矩,通过控制电动机电流的大小和方向,来调节电动机助力的大小和方向,从而同时满足汽车低速转向轻便性和高速转向路感的要求[1]。

电动助力转向按照助力电机的安装位置不同可分为:管柱式电动助力转向系统(Column-assist type EPS,CEPS)、齿轮式电动助力转向系统(Pinion-assist type EPS,PEPS)、齿条式电动助力转向系统(Rack-assist type EPS,REPS)3种结构型式[2]。其中,CEPS比较常见,其结构原理图如图1所示。EPS的工作原理是:转矩、转角传感器检测作用在转向输入轴的转矩、转角,ECU结合车速、横摆角速度和侧向加速度等汽车动态特性发出控制信号控制电动机的旋转方向和助力电流的大小,电动机的力矩经减速机构放大,通过转向输出轴作用到齿轮齿条转向器上,实现助力转向。

由于EPS的优点比较突出,世界各大汽车厂商迅速推广EPS且应用在多款轿车上。作为一项新的技术,国内外科研人员还在不断完善其功能。EPS的研究主要集中于:EPS的整车性能试验分析,EPS的控制策略及其控制算法研究,EPS模型的建立及其动力学特性的分析 [3-5]。随着电子技术的发展,大幅降低EPS的成本已经成为可能。在未来的EPS设计研究过程中,应继续简化EPS结构,降低生产成本。

与传统的液压助力转向系统相比,EPS取消了复杂的液压系统,助力响应较快,且更为节能和环保,在操纵稳定性和安全性方面,也充分显示出了其优越性。但是,EPS提供的功率不足,现在的EPS只能用于小型车辆上[6]。近年来,随着电源电压提高到24?V,甚至42?V, EPS的应用范围越来越广泛[7]。

2 主动转向系统

主动转向系统是随着汽车电子的发展而发展起来的一项新型转向技术,它通过主动干预转向盘输入的转角,达到改变车轮转向角的目的,以提高汽车的操纵稳定性和行驶安全性[8]。从现实意义来说,主动转向系统可分为机械式主动转向系统和线控转向系统[9]。

2.1 机械式主动转向系统

机械式主动转向系统最具代表意义的是宝马公司开发的主动前轮转向系统技术(Active Front Steering, AFS)[10]。AFS实质上是在传统EPS的基础上增加了一套转角电机和双排行星轮系,其结构原理图如图2所示。当汽车行驶时,ECU根据车速、横摆角速度和侧向加速度等信号,按照预先设定的控制逻辑,转角电机在ECU的控制下通过双排行星轮系输出叠加转角。汽车低速行驶时,叠加的转角与转向盘的转角方向一致,增大了实际转向角度,使驾驶员感觉转向较为轻便;汽车高速行驶时,叠加后的转角与转向盘的转角方向相反,减小了实际转向角度,使驾驶员感到较强的路感。同时,ECU结合汽车的动态特性信号,对汽车转向后的横摆及侧倾状态进行监控,通过对前轮转角的修正,提高汽车的操纵稳定性[11]。

国外对AFS的研制已有了阶段性的成果,德国的宝马公司一直走在世界的前列;德尔福公司通过在转向管柱中集成一套行星齿轮箱,实现前轮转角的叠加;日本的光洋精工采用类似宝马结构的差动装置,只用了两个行星齿轮装置,大大降低了宝马结构的生产成本,但是至今尚未商用。另外,采用AFS主要是为了提高车辆的路径跟随性能和操纵稳定性,国内外的科研人员对其控制方式也做了大量研究。通过大量研究发现AFS的控制方式主要有横摆角速度控制,横摆角速度和汽车加速度综合控制,侧倾稳定性控制和变传动比控制。在驾驶员的驾驶过程中,AFS要完成两个任务:(1)路径跟随。(2)车辆姿态的保持。由于驾驶员在保持路径的跟随上起着至关重要的作用,横摆角速度的控制成为ASF控制的主要方面[8]。汽车的实际行驶环境比较复杂,采用一些鲁棒性和自适应性强的控制方法更能适应汽车复杂环境的变化[11]。

与EPS相比,AFS可以根据汽车行驶的工况,连续地改变传动比,对驾驶员的操作进行主动干预,使汽车的动态响应尽可能与汽车理想的动态特性保持一致,有效提高汽车的舒适性、操纵稳定性和主动安全性。但是,主动干预对前轮转角的改变量有限,某些极限工况下对转向不足贡献较小,必须依赖其它系统的干预才能达到稳定的目的。因此,在普及AFS应用的同时,开发与其它系统进行集成控制的汽车底盘一体化控制技术,是未来AFS系统的发展方向。

2.2 线控转向系统

随着电子科技的发展,人工智能和无人驾驶技术开始应用于汽车设计。汽车科研人员也致力于新一代转向系统的开发设计[12]。线控转向系统(Steer by Wire,SBW)同时兼有EPS和AFS的特征和功能,它取消了转向盘和转向器之间的机械连接,摆脱了机械转向系统的限制,不仅可以对转向系统的力传递特性进行设计,还可以对其角传递特性进行设计[13]。

SBW的结构原理图如图3所示。当驾驶员转动转向盘时,转矩、转角传感器2将测得的转矩、转角信号传递给ECU,ECU根据汽车车速、横摆角速度、侧向加速度和位移传感器7测得的位移信号控制路感电机4生成反馈转矩、转角,使驾驶员有良好的转向路感;同时,ECU向转向电机5发出控制信号,使汽车按照驾驶员所期望的轨迹行驶[14]。通过对SBW传动比进行设计,可以满足汽车在较低车速下采用小的传动比以增加系统增益,而在较高车速下采用大的传动比以减小系统增益,实现转向时转向路感和转向灵敏性的完美结合。

由于在SBW中转向盘和车轮之间没有机械连接且SBW中电子系统复杂,易受外界环境和汽车自身电磁干扰,可靠性和安全性仍然是急待解决的问题。目前,线控转向系统中加入了自动防故障模块,通过对汽车的动态特性进行一系列的监控,对出现的故障及时做出处理。现有的自动防故障系统可分为硬件自动防故障系统和软件自动防故障系统[15]。硬件自动防故障系统解决SBW安全性的主要手段是在系统中增加“冗余设计”,例如增加传感器、电源、电机的冗余[16]。

SBW由美国德尔福公司于20世纪90年代中期成功开发并进行了实车试验。国外各大汽车厂商和国内外各大科研机构也相继开展了大量的开发和研究。虽然SBW的机构由于硬件冗余系统的形式而多种多样,但是SBW系统的核心技术仍是其控制策略,且主要是路感模拟控制策略、主动转向控制策略和故障容错控制策略[17-19]。通过设计控制策略,提高汽车的行驶安全性、舒适性、操纵稳定性以及系统的可靠性。尽管国内外科研人员对SBW进行了大量的研究,但是SBW性能的评价指标仍然没有统一。当前装有SBW的汽车,由于对其传感器要求较高,总线技术较为复杂,冗余结构复杂等,导致生产成本较高,与安全性要求一起共同制约着SBW的商用。

3 差速助力转向系统

随着各国对汽车行业节能环保的要求,电动汽车的发展受到越来越多企业的关注。差速助力转向系统便是用于电动轮汽车上的新型转向系统,它通过改变左右轮毂电机的输出转矩,控制系统的力传递特性,实现助力转向功能;通过提供轮毂电机的附加转角,控制系统的位移传动特性,实现主动转向的功能[20]。

电动轮汽车差速助力转向系统原理图如图4所示。当驾驶员手力作用于转向盘时,转矩、转角传感器将测得的转矩、转角信号传递给ECU,ECU结合车速、横摆角速度和侧向加速度等信号确定驾驶员的转向意图及理想转向手力,并对左右轮毂电机发出不同的控制电流,使左右轮毂电机输出的转矩不同,从而实现转向的目的。机械传动机构除了在此传递驾驶员的意图外,还能在实现差速助力转向系统失灵的情况下保证机械转向。

电动轮汽车差速助力转向技术在各种车型上都有所应用。三菱公司将此技术应用于ColtEV和i-MiEV车型上,宝马公司的车型Mini Cooper也采用了轮毂电机。国内的概念车和试验车上也采用了差速助力转向技术,例如:比亚迪公司的概念车“ET”,同济大学的“春晖”和“登峰”系列轿车以及吉林大学与天津一汽夏利汽车股份有限公司合作开发的威乐牌混合动力轿车。作为电动轮汽车差速助力转向系统中的关键技术——差速转向的控制策略,国内外的科研人员也做出了大量努力。通过对输入电枢电压(电流)的PWM调节控制,使轮毂电机在相应的负载条件下达到所期望的输出。目前,对差速助力转向系统的控制主要集中于:(1)基于驱动轮的转速控制。(2)基于驱动轮的滑转率控制。(3)基于驱动轮的转矩控制等[21-22]。

与其它转向系统相比,差速助力转向系统的使用,使电动轮汽车的动力源主要来自于轮毂电机的驱动,省略原有的变速器、差速器、传动轴等传动部件,不仅减轻了整车质量,也降低了汽车的重心,有利于汽车的操纵稳定性;同时,轮毂电机直接作用或者其传动链较短,能通过合理的控制策略,合理分配驱动力和制动力,提高了汽车经济性。但是,轮毂电机的使用也造成了非簧载质量增加,导致了汽车平顺性的降低,轮毂电机的密封性和抗振性能也需要解决,现有的电池技术限制了电动轮汽车的发展。因此,差速助力转向系统的广泛应用,还需要进一步的科学研究。

4 智能转向系统

无人驾驶汽车是一个集环境感知、规划决策和辅助驾驶等功能于一体的综合系统,它包含了自动控制、模式识别和传感器技术等先进技术,已经成为当下研究的热点[23]。其中,智能转向系统需要通过精心的设计完成指定的角度和角速度的转向,是无人驾驶车辆的重要执行机构。

智能转向系统是在电动助力转向系统、主动转向系统、差速转向系统等现有转向系统的基础上,完全通过转向电机输出力矩实现转向。智能转向系统设计的关键就是如何通过图像系统的识别以及控制算法设定对既有路径的跟随性。在过去几年,标识线图像识别的导航方法因其技术较易实现而被广泛采用。近年来,由于GPS技术的发展,智能转向系统的转向准确性大幅提高。通过GPS系统提取路径上的控制点,构造路径数学模型,对路径的曲率、车身与路径切线的夹角以及实际路线与既定路线误差计算,将路径跟随信号传递给ECU,ECU结合车速和横摆角速度和侧向加速度等车辆动态特性信号计算车辆所需转向力矩和转向转角,然后对转向电机发出控制电流实现转向[24]。基于GPS技术的智能转向结构原理图如图5所示。

国外的智能转向系统已经发展到一定的水平,其中由德国汉堡Ibeo公司改装的帕萨特2.0智能车走在世界前列。此智能车通过GPS获取汽车所在位置,通过激光扫描仪观察路况信息,ECU汇总分析这两组信息控制汽车智能转向,以主动修正行驶路径,使之能够在复杂的路况上避开障碍,真正实现无人驾驶。国内的智能转向系统起步较晚,但是也取得了一定的阶段性成果,例如:国防科技大学研制的红旗CA7460自主驾驶汽车,清华大学的TNMR-V无人驾驶汽车和西安交通大学的“夸父一号”无人驾驶汽车等,他们研制的智能转向系统完成了实际道路的测试且多项指标已达到国际先进水平。

现有的无人驾驶系统研究主要针对既定的领域,包括高速公路无人驾驶、城市道路无人驾驶,特殊环境下的无人驾驶。环境感知和车辆定位技术在不断发展的同时,复杂路况下智能转向控制精度和灵敏度的要求也是科研人员的研究热点。基于智能转向系统的无人驾驶车辆是未来汽车的发展趋势,集成探测、决策、优选、执行、纠错的智能型车辆对于提高行驶安全性和交通系统的利用效率,发展智能交通系统起着至关重要的作用。

5 结论

随着汽车技术的发展,当代助力转向系统在保证转向轻便性的基础上,一方面通过制定合适的控制策略使驾驶员获得舒适的转向感觉,另一方面通过主动转向干预和变传动比控制有效提高汽车的主动安全性和操纵稳定性,此外,动力转向系统也不断向智能化、集成化方向发展。

作者:赵万忠等

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